EO

Verborgen nanostructuren zichtbaar maken met conversie van licht naar geluid

21 juli 2020 om 12:38 uur

Een femtoseconde-laserpuls ‘klopt’ op het ondoorzichtige materiaal (1), waardoor er een hoogfrequente akoestische golf voortbeweegt door de lagen (2) totdat het de verborgen tralielijnen bereikt. De akoestische golven reflecteren bij het tralie en gaan retour (3) als een tralie-vormige golf . Als deze golf het oppervlak bereikt (4), deformeert dat enigszins, wat gedetecteerd worden aan de hand van het diffractiesignaal een tweede laserpuls die het oppervlak scant.

Onderzoekers van ARCNL hebben een manier gevonden om nanostructuren te detecteren die verborgen liggen onder vele lagen ondoorzichtig materiaal. Zij gebruiken hiervoor extreem hoogfrequente geluidsgolven opgewekt door licht. Hun methode is interessant voor de productie van halfgeleiders, bijvoorbeeld bij het uitlijnen van wafers.


De onderzoekers kwamen ook nieuwe, interessante verschijnselen op het gebied van fotoakoestiek op het spoor. Ze publiceren hun resultaten in Physical Review Applied.


Voor de productie van geavanceerde computerchips en onderdelen print een nanolithografiemachine meerdere lagen met uiterst kleine structuren op een wafer. Om te zorgen dat deze lagen accuraat op elkaar aansluiten zijn er op de wafer lijnen aangebracht die de machine vertellen waar te printen. "Terwijl markeerlijnen onmisbaar zijn bij nanolithografie, liggen ze begraven onder vele lagen materiaal dat ook nog vaak ondoorzichtig is. Dit maakt het lastig om met licht de lijnen te lokaliseren en de machine uit te lijnen", zegt eerste auteur Stephen Edward.


Veel materialen die ondoorzichtig zijn voor licht laten wel geluidsgolven door, die ook gebruikt kunnen worden om onderliggende structuren zichtbaar te maken. Groepsleider Paul Planken: "Een echoscopieapparaat stuurt bijvoorbeeld geluidsgolven met een hoge frequentie het lichaam in en die weerkaatsen aan het grensvlak van verschillende weefsels. Er ontstaat een beeld door omzetting van de geluidsgolven in een elektrisch signaal. Voor de meeste medische toepassingen zijn deze afbeeldingen gedetailleerd genoeg, maar bij het uitlijnen in de nanolithografie voldoet echoscopie bij lange na niet. De afmetingen van de contouren die zichtbaar worden met echoscopie zijn omgekeerd evenredig met de frequentie. Dus, om structuren op de nanoschaal zichtbaar te maken met geluid moeten we geluidsgolven gebruiken met een veel hogere frequentie."


Planken, Edward en de co-auteurs wisten dat met een laser gegenereerde korte lichtpulsen dergelijke hoogfrequente geluidsgolven kunnen opwekken in een ondoorzichtig materiaal. "Het is een beetje zoals het kloppen op een deur waarbij de geluidsgolven zich voortbewegen naar de andere kant van de deur", zegt Edward. "Bij ons experiment ging het om een ‘bons' van de laser die een geluidsgolf veroorzaakt in het ondoorzichtige materiaal."


Net als in medische toepassingen, reflecteren de geluidsgolven bij de grensvlakken in het materiaal waardoor er een golf ontstaat die teruggaat naar het oppervlak. In het begin hadden de onderzoekers hun twijfels; zou er wel voldoende bruikbare informatie zitten in dit signaal? Planken: "Ik was sceptisch want de geluidsgolven moeten door vele lagen dilectrisch materiaal heen voordat ze het diepgelegen tralie bereiken. Als ze dan reflecteren bij alle grensvlakken, dan zitten we opgescheept met een warboel aan geluidsgolven. Maar het bleek dat de stapel dunne lagen dilectrisch materiaal zich gedraagt als één dikke laag. Dit komt doordat elke afzonderlijke laag dunner is dan de golflengte van de geluidsgolven. Hierdoor bereikt het geluid rechtstreeks de diepgelegen lijnen van het tralie."

 

‘Luisteren' met licht

Het geluid wordt door het tralie wel gereflecteerd. Doordat het oppervlak niet vlak is maar bestaat uit periodieke dalen en pieken, komt het geluid uit een dal net iets later aan het oppervlak dan het geluid uit een piek. "Wanneer de geluidsgolf het oppervlak bereikt, ontstaat er een minieme verplaatsing van de atomen; een kopie van het tralie verschijnt aan het oppervlak", vertelt Edward. "Als we het oppervlak scannen met een tweede laserpuls, dan kunnen we het diffractiesignaal meten dat is ontstaan door de kleine atoomverplaatsingen."

 

Nu de onderzoekers hebben laten zien dat het mogelijk is om verborgen nanostructuren in ondoorzichtig materiaal te detecteren, willen ze hun methode verder ontwikkelen. Planken: "Onze resultaten laten niet alleen interessante en nieuwe aspecten op het gebied van fotoakoustiek zien, maar bieden ook veelbelovende oplossingen voor praktische uitdagingen in de nanolithografie. Voor industriële toepassingen moeten we het systeem optimaliseren zodat we signalen krijgen die sterker, sneller en robuuster zijn. Maar we willen ook de effecten van het signaal beter begrijpen en de grenzen van onze aanpak bepalen. Zo willen we kijken of we ook markeerlijnen kunnen waarnemen die heel dicht tegen elkaar aan liggen."

 

Gerelateerd nieuws

De zwerftocht van het micro-scharnier

De zwerftocht van het micro-scharnier (video)

Brownse beweging is het voortdurend bewegen van microscopisch kleine objecten door een bombardement van de omringende deeltjes. Hoe verandert deze beweging als het object flexibel is in plaats van rigide?

TNO levert optische module voor Sentinel-5-ruimtemissie

TNO levert optische module voor Sentinel-5-ruimtemissie

TNO heeft een optische module voor het Sentinel-5-instrument overgedragen aan het Duitse Airbus Defence & Space dat het satellietinstrument in elkaar gaat zetten. Sentinel-5 wordt ontwikkeld om de samenstelling van…

Europa's grootste zonvolgende drijvende zonnepark ligt in Rotterdam

Europa's grootste zonvolgende drijvende zonnepark ligt in Rotterdam (video)

Op het Kralingse waterbekken van Evides Waterbedrijf is een drijvend zonnepark geopend van 1 hectare groot. Het volgt de zon, wat zorgt voor een optimaal rendement.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

27 augustus 2020, Online

Printed Electronics | Diversity in Tech

De Organic and Printed Electronics Association (OE-A) en High Tech Campus Eindhoven brengen technologie...

8 september 2020, Eindhoven

Cyber Event

Gratis Cyber Event voor ondernemers in de hightech- en maakindustrie door Cyber Weerbaarheidscentrum...

Meer agendapunten »